2017 Fiscal Year Research-status Report
ヒ素による細胞死とオートファジー、プロテアソーム系の関与について
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16K09201
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
上村 公一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30244586)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋 利彦 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (60304474)
船越 丈司 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (40444715)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ヒ素 / 亜ヒ酸 / ラット / 脳 / PML |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒ素は昔から毒物とされているが、その中でも無機ヒ素である三酸化二ヒ素（ATO）は特に高い毒性を有する。この薬物は無味無臭で水に溶ける白色結晶であることから、毒殺の手段に用いられたこともあり、法医学の領域では関心が高い。また、臨床医学では近年、ATOがある種の白血病の治療薬として用いられることがわかり、生体に有用な働きを持つことがわかってきた。本研究はATOを用いて、ヒ素の各臓器に対する障害作用の機構の解明を目的とする。
細胞死にnecrosis、apoptosisの区別がある。一方、autophagyはこれまで細胞死のひとつの類型と考えられてきたが、最近、傷害された細胞内小器官を除去することにより細胞保護的に働いていることが明らかになってきた。本研究では、ヒ素中毒作用の標的臓器と考えられ、生命の維持に重要な臓器である心臓、肝臓、脳について研究をすすめる。
ATOは急性前骨髄球性白血病において、染色体異常の結果生じるPML-RARαを分解することから有効な治療薬となることが見出された。一方、ATOの副作用として心毒性が有名であり、その機序としてDNA損傷の関連が知られている。中枢神経系の副作用として昏睡の報告もあるが、その機序は明らかではない。先行研究においてATOは正常なPMLの分解も引き起こす事が報告されており、PML分解促進の中枢神経における意義は十分に検討されていない。今回は、三酸化二ヒ素の中枢神経系におけるPML及びDNA損傷チェックポイント機構への影響を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【目的】三酸化二ヒ素（ATO）は高い毒性を有し、土壌や水質の汚染による健康障害は世界的な問題となっている。一方、急性前骨髄球性白血病において染色体異常の結果生じるPML-RARαを分解することから有効な治療薬として用いられている。ATOの副作用として心毒性が有名であり、その機序としてDNA損傷の関連が知られている。昏睡のような中枢神経系の副作用の報告例もあるが、その機序は明らかではない。先行研究においてATOは正常なPMLの分解も引き起こす事が報告されており、PML分解促進の中枢神経における意義は十分に検討されていない。今回、ATO投与後急性期の脳組織におけるPML及びDNA損傷チェックポイント関連タンパクの挙動について検討した。
【方法】6週齢Wistar系雄性ラットにATO（5mg/kg）を腹腔内投与した。6時間後及び48時間後に採取した大脳半球組織においてウェスタンブロット法（WB）により蛋白質動態を、8-OHdG染色及びTUNEL法によりDNA損傷とアポトーシスの有無について評価した。
【結果・考察】ATO投与48時間後のラット脳組織においてSUMO化されたPMLの増加を認めた。リン酸化ATR及びリン酸化Chk1の増加をWBで認め、8-OHdG染色ではDNA損傷が確認できた。しかしWB・TUNEL法いずれにおいてもアポトーシスは確認できなかった。
以上からATO投与後急性期の脳組織でDNA損傷修復機構としてATR-CHk1経路が活性化され細胞死を抑制している可能性が考えられ、PML分解との関連も示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの実験で、ラットの腹腔内ヒ素投与により、脳のPMLの増加を認め、リン酸化ATR及びリン酸化Chk1の増加も認めた。ラットの脳での酸化的DNA損傷は細胞の酸化ストレスのひとつである。それは、次の2つの顕著であるが、お互いに興味深い相互作用をもつ細胞応答を導く。1）DNA損傷が比較的重度の場合、例えばdouble-strand DNA break ではATM (ataxia-telangiectasia mutated) やその下流のtarget のChk2 (check point kinase2)が活性化され、アポトーシスとなる。2）DNA損傷が比較的軽度の場合、例えば、酸化的 DNA 修飾や nick formationでは、ATR (ATM- and Rad3-related) やその下流の Chk1 が活性化され、DNA損傷が修復される。
これらの検証はwestern blotting を用いたタンパク質の解析実験である。その結果、ATO投与後急性期の脳組織でDNA損傷修復機構としてATR-CHk1経路が活性化され細胞死を抑制している可能性が考えられ、PML分解との関連も示唆された。現在培養神経細胞を用いてより詳細な検討を行っている。
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Research Products
(1 results)
